3607 МЕХАНИКА: СБОРОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Введение

 

Во всех отраслях народного хозяйства производственные процессы осуществляются машинами и аппаратами с машинными средствами механизации. Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь – такая часть машины, которая изготавливается без сборочных единиц. Детали (частично или полностью) объединяются в узлы.

Узел представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипники, муфты, редукторы и др.). Сложные узлы могут состоять из нескольких простых узлов: например редуктор включает подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колёсами и т.д.

Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяются такие, которые применяются почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и др.). Эти детали (узлы) называются деталями (узлами) общего назначения. Все другие детали (узлы), применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (поршни, лопатки турбин, гребные винты и др.), относятся к деталям (узлам) специального назначения.

В соответствии с современными направлениями развития машиностроения к проектируемым машинам предъявляются следующие основные требования:

-       высокая производительность и надёжность;

-       удобство и безопасность обслуживания;

-       экономичность в изготовлении и обслуживании;

-       низкая материалоёмкость и энергоёмкость;

-       технологичность;

-       максимальная взаимозаменяемость и унификация узлов и деталей;

-       соблюдение правил технической эстетики;

-       конкурентоспособность.

Как узлы в отдельности, так и машины или механизмы в целом представляют собой сборные конструкции. При разработке сборных конструкций необходимо предусматривать такие формы и расположение деталей и узлов, при которых создаются наибольшие удобства для сборки и регулировки конструкций, их разборки при ремонте.

 

 

1. Подшипниковые узлы

(с подшипниками качения)

 

Подшипники предназначены для поддерживания вращающихся валов и осей в пространстве; обеспечивая им возможность вращения или качения и восприятия действующих на них нагрузок.

Долговечность подшипников качения зависит не только от их правильного подбора, но и от правильной сборки и установки их на валах и в корпусах, от рациональной конструкции подшипниковых узлов.

Подшипниковые узлы, кроме собственно подшипников качения, включают корпуса с крышками, устройства для крепления колец подшипников, защитные, уплотнительные и смазочные устройства. Они фиксируют валы в радиальном и осевом направлениях, обеспечивают возможность регулировки зубчатых передач и зазоров в подшипниках при монтаже и в процессе эксплуатации, обеспечивают удержание смазочных материалов, предохраняют подшипники от пыли и влаги.

Валы с подшипниковыми опорами должны представлять статически определимые системы, для чего существуют определённые схемы установки и закрепления подшипников на валах и в корпусах конструкций. Конструктивное оформление подшипниковых узлов зависит от типа подшипников, схемы их установки, вида зубчатых передач, способа смазывания подшипников и зубчатых колёс.

 

1.1. Схемы установки подшипников

 

Осевая фиксация вала относительно корпусных деталей может выполняться одной или двумя опорами.

 

Схема 1. Фиксация вала одной опорой

При фиксации вала одной опорой (рис. 1) один из подшипников (на рисунке правый) крепится на валу и в корпусе (фиксирующая опора). Наружное кольцо другого подшипника в корпусе не закрепляется и устанавливается в отверстие корпуса по посадке с зазором, что обеспечивает подшипнику свободное осевое перемещение (плавающая опора). Благодаря этому происходит компенсация температурных деформаций вала и возможных ошибок монтажа, что устраняет опасность защемления тел качения в подшипниках. Фиксация вала одной опорой широко применяется для цилиндрических зубчатых передач с межосевыми расстояниями мм.

 

Рис. 1. Установка вала с одной фиксирующей опорой

 

На рис.1 обозначено:

1 и 2 – радиальные шариковые подшипники качения;

3 – маслоудерживающие кольца;

4 – кольцо упорное наружное (ГОСТ 13940-80);

5 – крышки подшипников;

6 – втулка лабиринтного уплотнения;

7 – гайка круглая (ГОСТ 11871-88) с шайбой стопорной (ГОСТ 11872-88);

8 – прокладки регулировочные.

 

Схема 2. Фиксация вала в двух опорах – «враспор»

 

При фиксации вала в двух опорах внутренние кольца обоих подшипников должны с внутренней стороны упираться в буртики вала или в торцы других деталей, устанавливаемых  на валу (рис. 2 и рис. 3). Такими деталями могут быть: распорная втулка или кольцо, упорное пружинное или маслоотражательное кольцо и др. Наружные кольца обоих подшипников должны иметь упоры с внешних сторон (по отношению к зубчатым колёсам). Роль упоров могут выполнять торцы крышек подшипников, установочных колец или плоскости в гнёздах ступенчатой формы корпусных деталей.

 

 

Рис. 2. Установка вала в двух опорах – «враспор»

 

На рисунке обозначено:

1 и 2 – роликовые конические подшипники;

3 – манжета резиновая армированная (ГОСТ 8752-79);

4 – регулировочные прокладки.

 

Рис. 3. Установка вала в двух опорах – «враспор»

(с закладными крышками подшипников)

 

При установке вала на шариковых радиальных подшипниках во избежание защемления тел качения между крышкой подшипника и наружным кольцом подшипника для компенсации теплового расширения должен предусматриваться осевой зазор δ (на сборочных чертежах не указывается)

,                                                     (1)

где α = 12*10-6 – коэффициент линейного расширения стали, 1/0С;

t , t0 – соответственно рабочая и начальная температуры подшипниковых узлов, 0С;

l – расстояние между опорами, мм.

При обычном перепаде температур величина зазора должна приниматься в пределах δ = 0,2 … 0,5 мм.

Для радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников должна предусматриваться осевая регулировка с помощью набора металлических регулировочных прокладок разной толщины, устанавливаемых между крышками подшипников и корпусными деталями (см. рис.1 и рис.2).

Фиксирование вала в двух опорах при установке его на радиальных  подшипниках рекомендуется при , где d – диаметр  шейки вала под подшипники.

При установке вала на радиально-упорных подшипниках этот способ рекомендуется применять при .

 

Схема 3. Фиксация вала в двух опорах – «врастяжку»

 

Конические и червячные колёса должны быть точно и жёстко зафиксированы в осевом направлении. Шариковые подшипники качения обладают малой осевой жёсткостью (точечный контакт). Поэтому в силовых передачах валы с такими колёсами устанавливаются на роликовые конические подшипники «врастяжку» (рис. 4).

На рисунке внутреннее кольцо левого подшипника упирается в буртик вала, а внутреннее кольцо правого подшипника подпирается гайкой со стопорной шайбой. Наружные кольца обоих подшипников упираются своими внутренними плоскостями в уступы гнёзд в корпусной детали.

Упорами для внешних колец подшипников могут служить упорные кольца или втулки, устанавливаемые между этими кольцами и закреплённые относительно корпусной детали.

Для удобства сборки вал-шестерню или вал-червяк монтируют в стакане и затем устанавливают в корпусную деталь (см. рис. 4).

 

Рис. 4. Установка вала на подшипниках – «врастяжку»

 

На рисунке обозначено:

1 и 2 – роликовые конические подшипники качения;

3 – стакан;

4 – крышка подшипников;

5 – манжета резиновая армированная (ГОСТ 8752-79);

6 – регулировочные прокладки;

7 – гайка круглая (ГОСТ 11871-88) со стопорной шайбой (ГОСТ 11872-88).

Достоинством такой схемы установки вала на подшипниках являются возможность регулирования опор и малая вероятность защемления тел качения при температурных деформациях, так как осевой зазор при увеличении температуры будет увеличиваться.

Рекомендуется применять такой способ установки валов на подшипниках при небольших расстояниях между опорами

l = (8…10)d         .

Меньшие значения относятся к роликовым, а большие – к шариковым радиально-упорным подшипникам.

 

 

1.2. Крепление колец подшипников на валу

 

При выборе способа крепления колец подшипников следует учитывать схему установки подшипников, тип опоры (фиксирующая или плавающая), величину осевой нагрузки, способ регулирования подшипников и зубчатых колёс, тип и характер посадки подшипников, частоту вращения вала, размеры и конструкцию узла.

На рис. 5 показаны способы крепления внутренних колец подшипников на валах, а на рис. 6 – варианты крепления наружных колец подшипников в корпусных деталях подшипниковых узлов.

 

Рис. 5. Способы крепления внутренних колец подшипников на валах

 

На рисунке обозначено:

а – посадка с натягом;

б – пружинным упорным кольцом (ГОСТ 13940-80);

в – круглой гайкой (ГОСТ 11871-88) со стопорной шайбой (ГОСТ 11872-88);

г – концевой шайбой, болтом, стопорной шайбой и цилиндрическим штифтом.

 

Рис. 6. Способы крепления наружных колец подшипников в корпусных деталях

 

На рисунке обозначено:

а – крепление закладной крышкой и уступом в корпусе;

б – крепление крышкой, стаканом и уступом в стакане;

в – крепление кольцом упорным наружным (ГОСТ 13941-80) и уступом в корпусе;

г – крепление крышкой с регулировочными прокладками.

В каждом частном случае принятому способу крепления внутреннего кольца подшипника могут соответствовать различные способы крепления его наружного кольца и наоборот.